鄧文慧，王水鴻，鄭少勇

(中山大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，廣州 510006)

0 引言

由于科技的飛速發(fā)展和人口數(shù)量的激烈增長(zhǎng)，地球的能源負(fù)荷越來越重。現(xiàn)存的化石燃料早已無法滿足市場(chǎng)的能源需求，人類希望充分利用大自然豐富的自然能量，將其轉(zhuǎn)化為電能。但是太陽能、風(fēng)能等傳統(tǒng)新能源受到時(shí)空限制的影響較大，而無線通信的迅猛發(fā)展和廣泛覆蓋使得自由空間中遍布電磁能量，將其利用起來或許可作為新能源的有效補(bǔ)充。一方面，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、植入性低功耗醫(yī)療器件等硬件通常只需要很小的功率便能工作，傳統(tǒng)電池供電方案具有更換麻煩和電池壽命影響器件工作連續(xù)性的缺點(diǎn)，而且電池的不當(dāng)處理還會(huì)造成環(huán)境污染。另一方面，自由空間中遍布的頻段各異、功率不均的電磁能量通常都被忽略而浪費(fèi)，甚至對(duì)其他通信設(shè)備造成干擾。如果能對(duì)環(huán)境中富余的電磁能量進(jìn)行回收利用，既能夠解決“電磁污染”問題，又能有效地驅(qū)動(dòng)上述低功耗器件，符合當(dāng)代節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展理念。

電磁能量回收系統(tǒng)主要由接收天線、整流電路、能量管理模塊構(gòu)成，其中天線和整流電路的性能是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。在此系統(tǒng)中，接收天線決定了收集多少電磁能量，整流電路則關(guān)系到能將電磁能量轉(zhuǎn)換成多少可以直接使用的直流能量。一方面，環(huán)境中分布的電磁能量存在位置、頻率不確定性以及功率不均勻性，而現(xiàn)階段電磁能量回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用單頻或多頻高增益定向性天線[1-3]解決回收問題。但此方案往往要求收發(fā)天線高度對(duì)準(zhǔn)，能量源與接收天線之間的實(shí)際相對(duì)位置往往不可確知，此種方案存在很大限制。另一方面，現(xiàn)有的整流電路方案存在兩個(gè)主要問題：采用阻抗匹配、二次整流和阻抗壓縮來提高轉(zhuǎn)換效率，但是達(dá)到最佳整流效率時(shí)的輸入功率過高；二極管的非線性作用使整流電路高效整流時(shí)的輸入功率范圍較窄。由此可見，對(duì)于電磁能量不確定的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來說，現(xiàn)有的回收方案仍未能很好地解決當(dāng)前存在的問題。

為應(yīng)對(duì)電磁能量在空間分布和功率能級(jí)上的不確定性，本文將從用于電磁能量回收的接收天線和整流電路兩個(gè)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了基于準(zhǔn)各向同性天線的回收系統(tǒng)、基于全向天線的回收系統(tǒng)和基于寬輸入功率整流電路的回收系統(tǒng)，旨在為環(huán)境電磁能量回收提出新的策略和方法，為此類問題提供切實(shí)有效的解決方案。

1 基于準(zhǔn)各向同性天線的回收系統(tǒng)

在環(huán)境電磁能量回收系統(tǒng)中，接收天線是關(guān)鍵部件之一?？臻g中電磁能量的方向往往是未知的，系統(tǒng)中接收天線不應(yīng)受到所處未知的限制。各向同性天線具有在全方位空間角度均勻輻射的特點(diǎn)，根據(jù)互易性，作為接收天線的各向同性天線能對(duì)不同方向的能量進(jìn)行收集。因此，相較于常見的定向輻射天線，此類天線更適用于基于環(huán)境電磁能量的回收系統(tǒng)。

從理論上來說，各向同性天線在各個(gè)方向上具有相同的輻射特性，具體表現(xiàn)為增益相同、極化一致。但文獻(xiàn)[4]中指出理想的各向同性天線難以實(shí)現(xiàn)，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注更多的是準(zhǔn)各向同性天線。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)各向同性輻射的傳統(tǒng)方法是將覆蓋特定區(qū)域的單個(gè)單元按圓周排列，從而覆蓋所有空間角度[5]，但其尺寸龐大(4*4*8λ03)且饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)較為緊湊的準(zhǔn)各向同性結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[6]首次提出互補(bǔ)的概念，將單極子和兩條縫隙進(jìn)行組合，但該設(shè)計(jì)的地板尺寸較大且只在上半球面實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)各向同性輻射。而文獻(xiàn)[7-9]利用互補(bǔ)的正交電磁偶極子構(gòu)成準(zhǔn)各向同性天線，在結(jié)構(gòu)和尺寸上具有更大的優(yōu)勢(shì)。電偶極子的E面和H面方向圖分別形同“8”和“O”，磁偶極子正好與之相反，當(dāng)電偶極子和磁偶極子正交放置時(shí)，其輻射零點(diǎn)位置與最大輻射位置互補(bǔ)，若滿足幅度相等且相位正交的條件，即可產(chǎn)生準(zhǔn)各向同性輻射。但以上結(jié)構(gòu)均不能同時(shí)滿足增益變化范圍小和輻射效率高的要求，因而提出同時(shí)滿足上述兩點(diǎn)要求的緊湊型準(zhǔn)各向同性天線設(shè)計(jì)對(duì)提升電磁能量回收系統(tǒng)的性能具有重要意義。

1.1 準(zhǔn)各向同性天線分析與設(shè)計(jì)

在基于電磁偶極子互補(bǔ)的原理上，本節(jié)實(shí)現(xiàn)了低增益變化、高輻射效率的緊湊型準(zhǔn)各向同性貼片天線[10]。結(jié)構(gòu)如圖1所示，將四分之一波長(zhǎng)的貼片作為輻射單元，金屬側(cè)壁和饋電探針同時(shí)連接貼片及地板，因此貼片和地板產(chǎn)生的等幅反相電流相互抵消，只剩幅值相等的側(cè)壁上y向電流和縫隙開口處的x向磁流，進(jìn)而產(chǎn)生各向同性輻射。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)原理，實(shí)現(xiàn)了工作在2.45 GHz的準(zhǔn)各向同性天線。

圖1 準(zhǔn)各向同性天線結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of the quasi-isotropic antenna

(a)S參數(shù)

(b)方向圖圖2 準(zhǔn)各向同性天線的S參數(shù)和輻射方向圖Fig.2 The S parameter and radiation patterns of the quasi-isotropic antenna

將所設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行加工，其整體結(jié)構(gòu)的電尺寸僅為0.22 *0.22 *0.06λ3。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及微波暗室分別測(cè)量天線的|S11|和遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，其仿真和測(cè)試的S參數(shù)和輻射特性如圖2(a)～(b)所示，仿真和實(shí)測(cè)諧振頻率分別為2.44 GHz和2.45 GHz，其實(shí)測(cè)阻抗帶寬為4.48%(2.40-2.51 GHz)，實(shí)現(xiàn)了WLAN頻段內(nèi)實(shí)測(cè)增益在0.64-0.93 dBi之間小幅度變化，平均輻射效率約為90%，結(jié)果表明仿真和實(shí)測(cè)有較高的吻合度。

1.2 準(zhǔn)各向同性回收系統(tǒng)測(cè)試

基于上述準(zhǔn)各向同性天線的平面尺寸和能夠?qū)Φ凸β孰姶拍芰扛咝д鞯囊螅竟?jié)設(shè)計(jì)了一個(gè)工作在2.45 GHz的整流電路如圖3(a)所示。該電路主要結(jié)構(gòu)有：用于輸入匹配的短路線、用于輸出濾波的基頻和二次諧波的λ/4的開路線以及扇形開路結(jié)構(gòu)、SMS7630作為整流二極管和1.5 KΩ的負(fù)載電阻。使用羅杰斯4003c板材(其相對(duì)介電常數(shù)為3.38、厚度為0.813 mm，無特殊情況說明后續(xù)電路皆采用此板材)對(duì)2.45GHz的整流電路進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工制造并進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明0 dBm功率輸入時(shí)整流電路效率為62.8%，則表示該電路在低功率輸入時(shí)有較高的整流效率(圖3(b)所示)。

(a)整流電路結(jié)構(gòu)模型和實(shí)物圖

(b)整流電路效率和負(fù)載電壓曲線圖3 2.45GHz整流電路結(jié)構(gòu)模型、實(shí)物圖以及效率和電壓隨輸入功率變化曲線Fig.3 The circuit configuration，measured efficiency and output voltage of the rectifier at 2.45 GHz

將該整流電路與準(zhǔn)各向同性天線組成電磁能量回收系統(tǒng)，對(duì)其不同方向上的接收轉(zhuǎn)換能力進(jìn)行測(cè)試。在回收系統(tǒng)四周分別放置具有相同發(fā)射功率(29 dBm)和采用傳統(tǒng)定向圓形貼片天線(增益為6.5 dBi)的信號(hào)發(fā)射機(jī)(如無特別說明，后續(xù)測(cè)試均采用相同規(guī)格的信號(hào)發(fā)射機(jī))。先依次開啟不同方向上的發(fā)射機(jī)，使用萬用表測(cè)出整流電路的負(fù)載電壓，然后同時(shí)開啟多個(gè)發(fā)射源，對(duì)此情況下回收系統(tǒng)的接收能力進(jìn)行測(cè)試，兩種測(cè)試方案結(jié)果如表1所示。一方面，該回收系統(tǒng)可以對(duì)不同方向上的電磁能量進(jìn)行有效回收；另一方面，系統(tǒng)的回收能力隨能量源數(shù)目的增加而加強(qiáng)，整流電路負(fù)載電壓在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)出近似線性疊加的效果。以上結(jié)果表明基于準(zhǔn)各向同性天線的回收系統(tǒng)能夠同時(shí)回收空間中不同方向上的多個(gè)電磁能量源。

表1 準(zhǔn)各向同性電磁能量回收系統(tǒng)在單發(fā)射源和多發(fā)射源測(cè)試結(jié)果Table 1 The results of the quasi-isotropic rectenna for single source and multiple sources

2 基于全向天線的回收系統(tǒng)

前文提到的準(zhǔn)各向同性天線雖然能夠?qū)φ麄€(gè)空間上的電磁能量進(jìn)行回收，但增益不超過1 dBi，能量回收能力有待提升。而在大多數(shù)生活或工作場(chǎng)景中，由于人類的活動(dòng)高度范圍受限，路由器、無線網(wǎng)卡等無線通信設(shè)備通常位于同一平面內(nèi)，因此環(huán)境中的電磁能量主要集中于水平剖面內(nèi)。而全向天線能夠在水平方向一定仰角范圍內(nèi)均勻輻射，相較于準(zhǔn)各向同性天線，全向天線具有較高的增益，將其作為回收系統(tǒng)的接收單元在特定的應(yīng)用場(chǎng)景下可以有更好的收集效果。

環(huán)境電磁能量存在極化多樣性的特點(diǎn)，圓極化天線對(duì)線極化和圓極化電磁信號(hào)均可回收，因而圓極化天線在本回收系統(tǒng)中更為實(shí)用。與線極化天線實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單相比，圓極化天線面臨著如何饋入正交信號(hào)的挑戰(zhàn)。具有對(duì)稱性的圓形貼片結(jié)構(gòu)常用于全向天線設(shè)計(jì)中，如文獻(xiàn)[11-13]結(jié)合圓形貼片和環(huán)形微帶線實(shí)現(xiàn)兩種線極化，兩者通過90°相移的折疊微帶線連接實(shí)現(xiàn)相位正交。文獻(xiàn)[14-15]在圓形貼片邊緣上沿圓周方向徑向開槽產(chǎn)生圓極化輻射。隨著高介電常數(shù)材料的發(fā)展，介質(zhì)諧振器因其尺寸小、損耗低、輻射效率高及多模特性引起了全向介質(zhì)天線的研究熱潮，文獻(xiàn)[16]提出了一種在仰角45°全向輻射的鳥巢形圓極化介質(zhì)天線結(jié)構(gòu)，文獻(xiàn)[17]在介質(zhì)諧振器上加載Alford環(huán)的方式和饋電網(wǎng)絡(luò)，通過不同端口實(shí)現(xiàn)了雙圓極化。但介質(zhì)天線通常剖面高、制造昂貴，不適宜作為小型低功耗設(shè)備的能源接收天線。相比之下，使用成本較低的PCB設(shè)計(jì)的低剖面全向天線有利于推廣本文所提出的電磁能量回收系統(tǒng)。

2.1 全向天線的分析與設(shè)計(jì)

基于上述分析，本節(jié)將采用PCB基板和金屬單元來設(shè)計(jì)用于電磁能量回收系統(tǒng)的全向圓極化天線，將文獻(xiàn)[18]結(jié)構(gòu)中彎折金屬柱改為印刷微帶線，從而提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)如圖4所示，兩條印刷帶狀線和一根金屬柱構(gòu)成一組輻射單元，該天線中心同軸饋電，通過一分四功率分配網(wǎng)絡(luò)流向四組單元的電流相等。繼而帶狀線等效為環(huán)形天線，其輻射等同于磁偶極子，金屬柱輻射等同于電單極子。水平放置的環(huán)形天線和垂直放置的銅柱分別產(chǎn)生水平極化(Eφ)和垂直極化(Eθ)，且兩種線極化在空間上自然正交，可理論計(jì)算出∠Eθ-∠Eφ=-90°，即該天線可接收左旋圓極化(LHCP)波。

圖4 全向天線結(jié)構(gòu)Fig.4 The structure of the omnidirectional antenna

采用與前一方案相同的羅杰斯4003c板材對(duì)天線進(jìn)行仿真和加工，其整體結(jié)構(gòu)的電尺寸為0.2 *0.2 *0.045λ3。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及微波暗室分別測(cè)量天線的|S11|和遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖，結(jié)果如圖5(a)～(b)所示。天線仿真諧振頻率為2.4 GHz，實(shí)測(cè)為2.41 GHz，兩者較為吻合；在2.4 GHz附近實(shí)測(cè)軸比帶寬9.4%，能夠完全覆蓋阻抗帶寬；實(shí)測(cè)方向圖雖然在E面上略有上翹，但在H面上仍呈現(xiàn)較好的全向性，其在θ =64°方位平面上最大增益為1.99 dBi，與仿真結(jié)果1.95 dBi基本一致，且增益變化范圍小于0.5 dB。

(a)S參數(shù)

(b)方向圖圖5 全向天線的S參數(shù)和輻射方向圖Fig.5 The S parameter and radiation patterns of the omnidirectional antenna

2.2 全向回收系統(tǒng)測(cè)試

為了便于和上一方案進(jìn)行比較，基于全向天線的回收系統(tǒng)采用與上一方案結(jié)構(gòu)相同、性能相近的2.4 GHz整流電路。使用圖6(a)測(cè)試環(huán)境中的電路裝配結(jié)構(gòu)，將天線的地板與整流電路的地板整合在一起，構(gòu)成全向回收系統(tǒng)。按圖6(a)的測(cè)量方法在等60°間隔的6個(gè)水平方向角度上，分別采用方案一中同等規(guī)格的發(fā)射機(jī)，對(duì)全向接收天線1米處水平方位上的回收效率進(jìn)行測(cè)試。頻譜分析儀和數(shù)字電壓表分別用于測(cè)量天線的接收功率和負(fù)載電壓(1.5 kΩ)，從而計(jì)算接收端的回收效率，此處回收效率定義為負(fù)載功率與天線接收功率的比值。系統(tǒng)在不同水平接收角上的回收效率曲線和負(fù)載電壓曲線如圖6(b)所示，在不同的水平接收角上回收系統(tǒng)的回收效率穩(wěn)定在60%左右，各個(gè)角度上的負(fù)載電壓也趨于一致。與前面所實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)各向同性回收系統(tǒng)相比，全向回收系統(tǒng)的接收天線在水平方向上具有較高的增益，因此在水平方位上實(shí)現(xiàn)了更好的能量收集效果。

(a)系統(tǒng)測(cè)試方法和測(cè)試環(huán)境

(b)不同水平接收角上的回收效率和負(fù)載電壓圖6 電磁能量回收系統(tǒng)測(cè)試方案及結(jié)果Fig.6 The measured setup and results of energy harvesting system

3 基于寬輸入功率整流電路的回收系統(tǒng)

使用準(zhǔn)各向同性天線或全向天線的回收系統(tǒng)能夠解決電磁能量源位置不可預(yù)知的問題，同時(shí)提升能量收集的能力。但是系統(tǒng)的回收效率由接收天線和整流電路兩部分共同決定，僅采用低功率整流電路和上述天線來提高系統(tǒng)在不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換效率，仍存在提升空間。整流電路二極管的非線性作用導(dǎo)致電路在不同輸入功率下的輸入阻抗變化很大，引起電路的阻抗失配和整流效率下降，因而傳統(tǒng)的整流電路往往優(yōu)化在特定的輸入功率下，但是這種電路結(jié)構(gòu)不適用于實(shí)際電磁環(huán)境。為解決上述問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采取了一系列方法來拓寬輸入功率范圍。文獻(xiàn)[19-21]提出阻抗壓縮網(wǎng)絡(luò)解決不同輸入功率下阻抗變化范圍大的問題，通過提高電路的匹配性能來實(shí)現(xiàn)更寬輸入功率范圍的高效整流。文獻(xiàn)[22]使用場(chǎng)效應(yīng)管和整流二極管組成可重構(gòu)電路，該電路在不同的輸入功率下自動(dòng)切換工作狀態(tài)，能維持較高整流效率下拓寬輸入功率范圍，但其工作頻率較低。文獻(xiàn)[23-24]使用正交耦合器作為電路的匹配網(wǎng)絡(luò)，輸出端口或者隔離端口串聯(lián)了整流支路，實(shí)現(xiàn)了功率范圍拓寬和整流效率提升。然而上述結(jié)構(gòu)主要解決了高輸入功率條件下的功率范圍拓寬，對(duì)于低功率輸入時(shí)效果不佳，且整體的輸入功率范圍不夠?qū)?。因此本?jié)將設(shè)計(jì)一種基于信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)的整流電路來同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入功率范圍的拓寬和低功率輸入時(shí)的整流電路效率提升。

3.1 采用信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)的整流電路

上述整流電路多采用阻抗匹配來解決輸入功率范圍窄的問題，但該電路仍需要在不同輸入功率下找到一個(gè)平衡點(diǎn)，難以充分優(yōu)化不同狀態(tài)下的電路性能。為解決此問題，本節(jié)提出采用信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)的整流電路(如圖7)。

(a)整體電路結(jié)構(gòu)

(b)信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖7 具有信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)的整流電路結(jié)構(gòu)Fig.7 The structure of rectifier with signal routing network

該電路由信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)分別連接低功率整流電路和高功率整流電路組成。通過信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)將兩個(gè)整流電路有機(jī)分離，在不同輸入功率下自動(dòng)切換電路的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)輸入功率范圍拓寬。

在本設(shè)計(jì)中，高導(dǎo)通電壓二極管D1(HSMS-2820)與信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)輸入端口1相連，低導(dǎo)通電壓二極管D2(SMS7630)所在支路與信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)輸出端口3互聯(lián)，信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)的端口2緊接負(fù)載電阻R2。低功率輸入時(shí)，二極管D1處于在關(guān)斷狀態(tài)，電磁能量通過信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)流入整流二極管D2所在支路進(jìn)行整流；輸入功率較大時(shí)，整流二極管D1開始工作，此時(shí)由于二極管D1整流后仍有較多的電磁能量[25]，此部分電磁能量由信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)注入整流二極管D2所在支路再次整流。該信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)不僅能夠?qū)⒏吖β收麟娐分泛偷凸β收麟娐返闹绷骰芈贩珠_，還能將通過二極管D1后的電磁能量導(dǎo)向端口3且避免流向負(fù)載R2。

3.2 電路性能分析和系統(tǒng)測(cè)試

根據(jù)上述信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)原理，本節(jié)設(shè)計(jì)的工作在2.4GHz的寬輸入功率范圍整流電路使用前文相同板材進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和制造[26]，其仿真和實(shí)測(cè)的S參數(shù)、負(fù)載電壓和整流電路效率曲線如圖8所示。

圖8(a)表明提出的整流電路在不同輸入功率條件下有較好的阻抗匹配，實(shí)際測(cè)試的|S11|從-15 dBm到14 dBm都小于-20 dB，圖8(b)表明提出的整流電路在效率大于50%的輸入功率范圍為-6 dBm到26.5 dBm，在保證較高整流效率前提下實(shí)現(xiàn)輸入功率范圍拓寬。

(a)S參數(shù)

(b)整流電路效率和負(fù)載電壓曲線圖8 基于信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)整流電路的S參數(shù)和效率Fig.8 The measured S parameter,output voltage and efficiency of the proposed rectifier

(a)系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境

將本節(jié)提出的整流電路與前兩個(gè)方案所使用傳統(tǒng)定向圓形貼片天線組成電磁能量回收系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試環(huán)境如圖9(a)所示。測(cè)試系統(tǒng)中收發(fā)天線的距離為1米，使用信號(hào)發(fā)生器和功率放大器作為發(fā)射天線的信號(hào)源，由于測(cè)量設(shè)備的限制，電磁能量回收系統(tǒng)上接收到的最大功率為18 dBm，測(cè)試得到的電磁能量回收系統(tǒng)的回收效率隨著輸入功率變化的曲線如圖9(b)所示。結(jié)果表明采用定向天線和寬輸入功率范圍整流電路組成的回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效整流和輸入功率范圍拓寬，并且該系統(tǒng)在低功率輸入下的效率也比較高。因此，采用信號(hào)導(dǎo)向網(wǎng)絡(luò)的整流電路對(duì)電磁能量回收系統(tǒng)在不同輸入功率條件下實(shí)現(xiàn)寬輸入功率范圍是有效的。

4 結(jié)論

環(huán)境電磁能量的回收技術(shù)可以為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、植入性低功耗醫(yī)療器件等硬件提供能源解決方案，具有廣泛的應(yīng)用前景。目前電磁能量回收技術(shù)主要關(guān)注效率的提升，并未考慮能量源位置分布不確定和功率分布不均勻等問題，本文著重探討了此應(yīng)用場(chǎng)景下的環(huán)境電磁能量回收方案。本文提出的三種方案測(cè)試結(jié)果表明，從天線和整流電路兩個(gè)方面進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)可以有效解決問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自由空間中不同方向、不同功率大小的電磁能量進(jìn)行高效回收。此外，在環(huán)境電磁能量回收系統(tǒng)中，不僅電磁能量源的位置和功率大小是不確定的，還存在著多頻段的信號(hào)。因而環(huán)境電磁能量回收系統(tǒng)的下一步工作可以提升對(duì)不同頻段電磁信號(hào)的收集能力，還可以加強(qiáng)電磁能量回收系統(tǒng)的融合設(shè)計(jì)和輸出直流的管理，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)的回收效率和實(shí)用性。